Amonyak gübre ve birçok endüstriyel süreçte kullanılır. Hidrojen gazından daha güvenli ve daha kolay amonyaktan daha güvenli ve daha kolay olduğu için enerjiyi depolamanın ve taşımanın umut verici bir yolu olarak da görülür. Maddenin dördüncü durumu olan plazma kullanarak, bilim adamları amonyak üretimini artıran bir malzeme yarattılar.
“Kişiler, hidrojeni amonyak olarak taşımak ve ihtiyaç duyulana kadar depolamak daha kolay ve daha güvenli bir yere ihtiyaç duyarsa, ideal olarak hidrojenin ihtiyaç duyulduğu amonyaktan ayrıştırılır,” dedi. (PPPL).
“Bu nedenle, amonyaktan etkili ve ucuz bir şekilde hidrojenden ve hidrojenden sentezlemek ve ayrıştırma yöntemlerine ihtiyaç duyuyoruz ve her ikisi de AMSS’nin Elektomanım Bilim Bölümü’nde PPPL’de çalışıyoruz.”
Araştırma, DOE’s PPPL ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı, Princeton Üniversitesi, Rutgers Üniversitesi ve Rowan Üniversitesi dahil olmak üzere çeşitli kurumlardan multidisipliner bir ekip tarafından yapıldı. Çalışma hakkında bir makale yakın zamanda yayınlandı ACS Enerji Mektupları.
Rutgers University-Newark’ta doktora adayı ve araştırmanın baş yazarı Zhiyuan Zhang, “Amonyak yapmak için mevcut yöntem pahalı” dedi. “Aşırı sıcaklıklar ve basınçlar gerektiren süreçleri kullanarak amonyak yapmak için büyük bir fabrikaya ihtiyacınız var.”
Hidrojenin amonyak olarak depolanması ve taşınması
Amonyak hidrojen için bir taşıyıcı olarak kullanılabilir, yani kimyasalları enerji için hidrojene dönüştürmeden önce saklayabilir ve taşıyabilir. Hidrojen, büyük üretim tesisleri ve depolama tesisleri gerektirir. Bu yeni yöntem, ihtiyaç duyulan yere daha yakın olan çok daha küçük tesislerde amonyak oluşturabilir-potansiyel olarak yerinde bile. Amonyak uzun mesafeler taşınması gerekiyorsa, bu da daha ucuz olurdu.
“Hidrojen çok düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve hidrojenin etrafında hareket etmek son derece zordur. Amonyak, basınçlı hidrojene kıyasla iki yıl daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve hidrojenden daha kolay uzun mesafelerde taşınabilir,” dedi Müdür ve prensipli bir üniversite profesörü ve prensip üniversite profesörü elektro -üretim başı başı Yiguang Ju. “Bu, enerji depolama ve ulaşımında dönüştürücü bir değişiklik açabilir.”
AMSS’de Sürdürülebilirlik Bilimi Danışmanı ve bir araştırma fizikçisi Mark Martirez, şimdi yeni makalede detaylandırılan bazı deneylerin simülasyonlarını yaratıyor, böylece ekibin kimyasal reaksiyon sırasında atomik düzeyde neler olduğunu tam olarak anlayabiliyor.
Martirez, “Simülasyonlar, kimyasal türlerin su ve azottan amonyak üretmek için geçirdiği mekanizmayı tam olarak anlamak için gereklidir.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Sadece deneyin bir görüntüsüne dayanarak farklı atomların pozisyonlarını tahmin edebilirlerdi.” Martirez, genel olarak plazma kataliz olarak bilinen ve nispeten yeni bir alan olan süreçte yer alan kuantum kimyası hakkında nadir bir anlayış getirir.
Termal kataliz için gereken yüksek ısı ve basıncı kullanmak yerine-hidrojen ve azottan amonyak yapmak için eski yaklaşım-yeni yöntem elektrik, su, azot ve düşük sıcaklık plazmasını kullanır. Düşük sıcaklık plazmasında, yüksüz moleküller nispeten serin veya oda sıcaklığında. Bununla birlikte, elektronlar çok sıcaktır. Elektronlar, katalizörlerin yüzeyini değiştirmek, belirli atomları devirmek ve en dış katmanlarına azot veya hidrojen atomlarını implante etmek için yeterli enerjiye sahiptir.
Katalizör, işlemde değişmeden kimyasal reaksiyonları hızlandıran bir bileşendir. Deneylerde kullanılan katalizör, daha fazla enerji tasarruflu kimyasal dönüşümleri sağlayan benzersiz bir yapıya sahiptir. Bilim adamları bu yapıya heterojen bir arayüzlü ten (HIC) diyorlar.
“Katalizörler, tungsten oksit ve tungsten oksinitrür yeni değildir. Yeni olan, onu kontrol edilebilir ve ölçeklenebilir bir şekilde üretmenin yapısı ve plazma etkin yöntemdir.” Dedi.
Katalizörün yapısı verimliliğinin anahtarıdır
HIC’nin özel tasarımı, azot boşlukları olarak bilinen ve azot molekülü için mükemmel bir uyum olan küçük boşluklar oluşturmak için ihtiyaç duydukları yerde oldukça aktif hidrojen atomları oluşturulmasına yardımcı olur. Bu özellikler birlikte çalışır: hidrojen atomları azotu amonyağa dönüştürür ve boş noktalar işlemi devam ettirmek için havadan daha fazla azot çeker. Bu yöntem, eski yöntemlere kıyasla üretilen amonyak miktarını önemli ölçüde artırır. Ayrıca amonyak yerine hidrojen gazı yaratılması gibi istenmeyen yan reaksiyonları en aza indirir.
Zhang, “Bu katalizörü üretme süreci yaklaşık iki günden 15 dakikaya düşürüldü.” Dedi. Süreç ayrıca üretilen amonyak miktarı açısından benzer yöntemlerden daha iyi performans gösterdi. Araştırmacılar, HIC katalizörü ile amonyak üretimini iyileştirmenin yollarını incelemeye devam edecekler.
Araştırmaya da dahil oldu: PPPL’den Sophia Kurdziel; Princeton Üniversitesi’nden Christopher Kondratowicz, Yijie Xu, Elizabeth Desmet ve Eddie Tang; Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan Jacob Smith ve Miaofang Chi; Rutgers Üniversitesi’nden Pavel Kucheryavy, Junjie Ouyang ve Michael Adeleke; ve Rowan Üniversitesi’nden Aditya Dilip Lele.
